Ratgeber: Akkus - allgegenwärtige Energiespeicher

Eine Welt ohne Akku?

Heute undenkbar - sei es im Smartphone, im Laptop, in Elektrowerkzeugen bis hin zu Pedelecs und E-Auto oder im Modellbau, überall sind diese Energiespeicher verbaut und verleihen uns Mobilität und Freiheit, man könnte fast schon sagen: Das Kabel hat ausgedient. Grund genug einen genauen Blick auf diese Powerlieferanten zu werfen.

Batterie oder Akku?

Im Gegensatz zum Akku ist eine Batterie nur einmal verwendbar – wenn sie leer ist kann sie nicht mehr aufgeladen werden und ist dann über die nächstmögliche Batteriesammelstelle zu entsorgen. Demgegenüber lassen sich Akkus immer wieder aufladen und sind dadurch nachhaltiger und auf lange Sicht preiswerter.

Begriffe

Zunächst sollten wir zum Verständnis einige in den Datenblätter häufig verwendete Begriffe erläutern.

Kapazität

Sie gibt an, wieviel Energie in einem Akku gespeichert ist und wird in mAh (selten Ah) angegeben. Je höher also die Kapazität ist, umso länger liefert ein Akku Energie. Hat ein Akku beispielsweise 1000 mAh Kapazität, so kann er eine Stunde lang bei einem entnommenen Strom von 1 A einen Verbraucher mit Energie versorgen oder 2 Stunden bei 500 mA.

In dem Zusammenhang muss man auch den C-Wert erwähnen:

• Der C-Wert beschreibt die Lade- oder Entladerate eines Akkus. Ein Wert von 1C bedeutet, dass der Akku in einer Stunde vollständig geladen oder entladen werden kann. Für den 1000 mAh Akku zeigt Dir diese Angabe, dass er in 1h geladen oder entladen ist, bei 2C ist dieser Akku in 30 min geladen oder entladen.
• Ein hoher C-Wert gibt also an, dass ein Akku schnell aufgeladen bzw. entladen werden kann. Beachte bitte die vom Hersteller angegebenen C-Werte, da ein Überschreiten dieser Werte zu Überhitzung, Beschädigung und zu gefährlichen Situationen führen kann.

Ladezyklus

Maß, wie oft ein Akku ge- und entladen werden kann. Die Haltbarkeit von Akkus wird in Ladezyklen angegeben, wobei ein Ladezyklus einen Lade- und Entladevorgang umfasst, unabhängig davon, wie voll der Akku ist.

Nennspannung

Die Nennspannung in Volt (V) ist der durchschnittliche Spannungswert, den ein Akku während seiner Entladung liefert. Sie wird oft als Referenzwert verwendet, um die Leistung des Akkus zu bewerten.

Entladeschlussspannung

Die Entladeschlussspannung (in V) ist die minimale Spannung, die ein Akku erreichen darf, bevor er als leer betrachtet wird und nicht weiter entladen werden sollte. Diese Spannung ist entscheidend, um eine möglichst lange Lebensdauer und die Sicherheit des Akkus zu gewährleisten. Das bedeutet, dass eine übermäßige Entladung zu einer Verringerung der Kapazität und zu irreversiblen Schäden führen kann.

Ladestrom

Der Ladestrom bezieht sich auf die Menge an elektrischen Strom, die während eines Ladevorgangs in den Akku fließt. Er wird in Ampere angegeben und ist entscheidend für die Ladegeschwindigkeit und Lebensdauer des Akkus. Ein zu hoher Ladestrom kann den Akku überhitzen und die Lebensdauer verkürzen, ein zu niedriger Ladestrom verlängert den Ladevorgang. Es ist deshalb wichtig, den vom Hersteller angegebenen Ladestrom einzuhalten.

Maximaler Entladestrom

Der Entladestrom kennzeichnet die Menge an elektrischer Energie, die ein Akku pro Zeiteinheit abgibt, während er entladen wird. Er wird in Ampere angegeben und ist ebenfalls entscheidend für die Akku-Lebensdauer. Ein zu hoher Entladestrom führt zur Überhitzung und vorzeitiger Alterung. Auch hier gilt: Hersteller-Empfehlung beachten.

Unsere Auswahl an Akkus:

Akkutypen

Akkus gibt es in verschiedenen Ausführungen, betrachten wir mal die wichtigsten:

Pb-Akku

Der Bleiakku wurde bereits Mitte des 19. Jahrhunderts erfunden und dieser Dinosaurier ist heute noch kräftig im Einsatz. Sei es als Starterbatterie im Verbrennerfahrzeug, in Industrie und Militär, in Alarmanlagen, elektrischen Rollstühlen oder als Solarbatterie – Totgesagte leben eben länger. Er hat ja auch eine Menge Vorteile: Relativ billig, extrem robust und nahezu wartungsfrei. Der klassische Akku in offener Bauform ist heute selten anzutreffen, meistens werden Pb-Akkus in verschlossener, auslaufsicherer und wartungsfreier AGM- oder Gel-Form ausgeliefert. Bei AGM-Akkus ist der Schwefelsäureelektrolyt in einem zwischen Anode und Kathode befindlichen Glasvlies aufgesaugt. Bei Gel-Akkus wird, wie der Name schon sagt, der Elektrolyt durch Zugabe von Kieselsäure zu Gel. Mit diesen Maßnahmen lässt sich ein Pb-Akku lageunabhängig betreiben. Blei-Akkus sind überlade- und tiefentladefest – wenn Sie ihn mit der Konstantspannungsmethode laden, ist eine Überladung ausgeschlossen. Eine längere Lagerung ist ebenfalls kein Problem, allerdings nicht im entladenen Zustand. Es besteht dann die Gefahr, dass sich Bleisulfat-Großkristalle in den porösen Bleiplatten bilden, die diese mit der Zeit aufsprengen – laden Sie den Akku deshalb von Zeit zu Zeit nach. Weitere Vorteile sind: Langlebigkeit und eine relativ hohe Nennspannung von 2 V pro Zelle, die Entladeschlussspannung beträgt 0,9 V.

NiCd-Akku

Dieser Akkutyp hat eine hohe Energiedichte, weist eine hohe Langlebigkeit und einen geringen Innenwiderstand auf, kann hohe Ströme liefern und ist schnellladefähig. Allerdings ist er nur begrenzt überlade- und tiefentladefest. Wenn Sie ihn also über die Kapazitätsgrenze laden oder über die Entladeschlussspannung entladen, besteht die Gefahr des Ausgasens (deshalb ist im Gehäusedeckel ein Sicherheitsventil verbaut). Geladen und entladen lassen sich NiCd-Akkus über eine längere Zeit lagern – laden Sie sie aber trotzdem ab und zu auf. Der NiCd-Akku hat eine Nennspannung pro Zelle von 1,2 V, die Entladeschlussspannung beträgt 0,9 V. NiCd-Akkus gibt es in folgenden Grössen: AA (Mignon), AAA (Micro), C (Baby), D (Mono), als 9V Blockbatterie, als sogenannte prismatische Zellen z. B. in Elektrowerkzeugen. Tipp: Lagern Sie NiCd-Akkus bei niedrigen Temperaturen. Laden Sie Akkus mit unbekanntem Ladezustand mit 0,1 bis 0,3C auf. Hier finden Sie unser NiCd-Sortiment mit Zubehör: NiCD Beachten Sie: Die EU-Richtlinie 2006/66/EG über Batterien und Akkumulatoren hat den Verkauf von NiCd-Akkus eingeschränkt, sodass über kurz oder lang dieser Akkutyp aussterben wird.

NiMH-Akku

Der NiMH, quasi der Ersatz für die NiCd-Akkus, ist sozusagen der Standardakku für Haushaltsanwendungen. Im Gegensatz zum NiCd-Akku hat der NiMH-Bruder aber ein höheres Speichervermögen (somit eine längere Nutzungsdauer), sowie eine doppelt so hohe Energiedichte. Ganz nebenbei ergibt sich damit auch der Vorteil, dass Sie den Akku seltener aufladen müssen. Die Nennspannung pro Zelle beträgt hier ebenfalls 1,2 V, die Entladeschlussspannung liegt bei 1 V. Als naher Verwandter zum NiCd ist auch er begrenzt überlade- und entladefest. Er ist in den gleichen Baugrößen wie der NiCd-Akku erhältlich. Vorsicht, wenn Sie den Akku längere Zeit im entladenen Zustand lagerst: Hier besteht die Gefahr, dass die Wasserstoff-Elektrode schnell oxidiert und der Akku unbrauchbar wird. Abhilfe: Akkus regelmäßig benutzen und laden. Tipp: Lagern Sie NiMH-Akkus auch bei niedrigen Temperaturen, laden Sie sie nach längerer Lagerung mit 0,1C auf.

LiIon-Akku

Die Lithium-Ionen-Zelle ist heute die am weitesten verbreitete Zelle. Wo man sie findet? Überall...vom Smartphone über Powerbanks bis zum E-Auto und vereinzelt in leichten Flugzeugen. Als Bauform hat sich die 18650-Zelle durchgesetzt mit Abmessungen von 18 mm x 65 mm. Weit verbreitet ist auch die 20700-Zelle (Abmessung: 20 mm x 70 mm). Der LiIon-Akku hat eine Nennspannung von mehr als 3,7 V pro Zelle und eine sehr hohe Energiedichte – kein Wunder, dass man ihn deshalb in Autos einsetzt. Entladeschluss ist bei 3 V pro Zelle. Hervorzuheben ist auch ihre geringe Selbstentladung und ihr hoher Wirkungsgrad von etwa 96%. Es gilt aber einiges zu beachten: LiIon-Akkus sind temperaturempfindlich, wenn möglich sollten Sie sie im Temperaturbereich von +5°C bis +35°C betreiben. Dieser Akkutyp ist empfindlich gegen Überlastung, auch ist er nicht überlade- und entladefest. Genau die beiden letztgenannten Punkte sind wichtig, da Überladung oder Tiefentladung unter Umständen zur Explosion führen kann. Das kann man allerdings vermeiden, wenn Sie spezielle Ladegeräte benutzen. Bei Überbelastung besteht die Gefahr des Ausgasens, deshalb ist ein Ventil eingebaut. Weiterhin muss man bedenken, dass diese Akkus nicht total entladen oder voll geladen gelagert werden sollen, in diesen Fällen altern die Akkus relativ schnell. Am besten ist es, wenn Sie sie zu 50% bis 80% geladen aufbewahren. Einen Kurzschluss können sie u. U. mit Brand oder einer Explosion quittieren.

LiPo-Akku

Anders als beim LiIon besteht hier der Elektrolyt aus einem gelartigen Polymer. Dieser Akkutyp wird sehr gerne im Modellbaubereich eingesetzt. Wegen seiner Hochstromfähigkeit können große Flugmodelle mit BLDC-Motoren geflogen werden und ersetzt somit Verbrennermotoren. Die Nennspannung pro Zelle beträgt 3,7 V, der Entladeschluss 3 V pro Zelle. Was die Pflege angeht, sollten Sie ihn wie den LiIon-Akku behandeln. Die Zellen bestehen aus einem flexiblen, leichten Gehäuse in unterschiedlichen Formen und Größen (Pouch-Zellen).

LiFe-Akku oder auch LiFePO4-Akku genannt

Das sind sehr robuste Vertreter der Lithium-Zunft. Die Akkus sind überlade- und entladefest und geraten auch bei Kurzschluss nicht in Brand oder explodieren. Selbst bei mechanischer Beschädigung besteht keine Brandgefahr. Sie vertragen hohe Umgebungstemperaturen bis +70°C und sind bis -45 °C einsetzbar. Pro Zelle kann man mit 3,3 V Nennspannung rechnen, der Entladeschluss liegt bei 2,6 V. Wie bei LiIon-Akkus werden die LiFe-Akkus oft als zylindrische Zellen in 18650-Grösse angeboten. Daneben gibt es auch Blockzellen, prismatische Zellen und modulare Systeme, bei denen Zellen in einem Gehäuse oder Rack verbaut sind.

FAQ - Häufig gestellte Fragen

Powerbanks

Streng genommen ist eine Powerbank ein Akku, der in einem Gehäuse verbaut ist. Meistens besteht er aus mehreren LiIon- oder LiPo-Akkuzellen mit einer Nennspannung von 3,7V. Man lädt ihn genauso wie einen Akku über ein Ladegerät oder über die USB-Buchse eines PCs auf. Unterwegs kann man mit ihm Smartphones, Tablets, Digitalkameras oder Spielekonsolen aufladen.

Über eine USB-Buchse geben Powerbanks eine Gleichspannung von 5V ab (dies wird durch eine Elektronik erreicht, die aus den 3,7V 5V zaubert). Die Größe wird von der Kapazität bestimmt, die zwischen 400 und 50 000 mAh liegen kann.

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